重载铁路引起的建筑物二次辐射噪声预测及试验研究

邵琳(中国铁道科学研究院，北京　100081)



重载铁路引起的建筑物二次辐射噪声预测及试验研究

邵琳
(中国铁道科学研究院，北京100081)

摘要:目前国内尚无重载铁路二次辐射噪声预测的计算方法。本文基于Kurzweil模型推导了重载铁路沿线二次辐射噪声计算方法，并计算了重载铁路沿线一砌体房屋内的二次辐射噪声。实测结果与计算的A声级二次辐射噪声极为接近，各频带变化基本一致。由于模型没有考虑建筑物各频带声辐射效率的差异，个别频带计算值与测试值存在一定差异。

关键词:重载铁路二次辐射噪声预测试验研究

重载列车运行时轨道受冲击作用产生振动。振动经过土层传播并衰减，当传播至建筑物基础时激起周边建筑物的地板、墙体、天花板等部位的振动。这些物体的振动会作为声源再次向空间辐射噪声，产生二次噪声，属于一种低频噪声。低频噪声会给人带来一系列生理和心理的不适症状。有关研究表明，低声级低频噪声对人类行为产生影响，并且这种影响的机制十分复杂［1］。国内城市轨道交通领域将二次辐射噪声定义为被激励产生振动的建筑构件固体表面振动向周围空气介质辐射的声压波。二次辐射噪声亦称固体噪声，其频率范围在16～200 Hz［2］。

目前国内尚未开展铁路二次辐射噪声预测模式研究。本文通过建立理论计算模型，预测重载铁路运行时产生的二次辐射噪声，并通过实际测量数据进行了对比分析，对预测结果予以验证。

1　二次辐射噪声预测模式

国内对于铁路及城市轨道交通地面线路沿线建筑物二次辐射噪声尚无成熟的预测模式，仅针对城市轨道交通地下线路，对于隧道垂直上方或距外轨中心线两侧10 m范围内的振动环境保护目标，给出了列车运行时建筑物内最低楼层室内中部的二次结构噪声预测计算式［3］，如下式。

i = 1

式中:Lp为建筑物内的A计权声压级，dB(A);Lp，i(f)为未计权的建筑物内的声压级，dB;VLi(f)为与频率相对应的建筑物内的振动加速度级，dB;Cf，i为第i个频带的A计权修正值，dB(A);f为1/3倍频带中心频率(16～200 Hz);n为1/3倍频带数。

上述预测模式对于地面线路建筑物二次辐射噪声的适用性有待验证。为预测重载铁路沿线建筑物室内由于壁面结构振动而产生的二次辐射噪声，本文基于Kurzweil模型方法进行预测。由地板或壁面结构振动辐射的声功率可表示为［4］

式中:Z0为空气特性阻抗，Z0=ρ0c0，ρ0为空气密度，c0为声速;S为壁面表面积;σ为辐射比;＜—v—2—＞为表面平均均方速度。

考虑室内的混响效应时，二次辐射噪声声压与地板或壁面辐射功率W、混响时间T60和室内容积V之间的关系如下［5］

结合式(3)，声压级与振动速度级之间的关系为

式中:Lv为振动速度级，参考速度为10－9m/s;H为室内高度，H = V/S。

振动速度v与振动加速度a存在下述关系

式中，ω为振动角频率。

结合式(3)和式(4)，二次辐射噪声声压级与地板或壁面振动加速度级的关系可表示为

式中:La为地板或壁面振动加速度级，参考加速度为10－6m/s2。

式(5)中，辐射比σ可取1［4］，混响时间T60由赛宾公式给出，即

式中:K为常数，一般取0.161;A为室内总吸声面积，m2;α为吸声系数;S为室内总表面积，m2。

2　二次辐射噪声预测结果

一建筑物为20世纪80年代的砖砌体房屋，室内尺寸为3.0 m(长)×3.0 m(宽)×2.7 m(高)，吸声系数取为0.1，经计算T60= 0.77 s。本文主要采用式(5)和式(7)来预测重载铁路沿线建筑物室内二次辐射噪声，主要预测由壁面和地板振动而辐射的二次噪声。La和Lv由现场测试获取，测点布置如图1所示，建筑物振动响应测试结果如图2所示。通过建筑物振动响应预测建筑物二次辐射噪声，结果如图3所示。经过A计权后获得重载列车通过时室内二次辐射噪声为38.5 dB。

图1　建筑物振动响应测点布置(单位:m)

图2　建筑物振动响应测试结果(建筑物振动为相对值)

图3　建筑物二次辐射噪声预测值(声压级为相对值)

3　二次辐射噪声测试

为避免空气直达声的影响，将重载铁路二次辐射噪声的测试现场选择在路基声屏障区段，测点在室内中心地面以上1.2 m处，传声器周边1 m范围内均无反射物，测试期间门窗均关闭。建筑物二次噪声辐射实测值与预测值对比如图4所示。经过A计权后获得重载列车通过时室内二次辐射噪声为38.1 dB，与预测值进行对比，A声级仅相差0.4 dB，预测值与实测值各频带变化基本一致，但实测值的峰值和谷值较为突出。这主要是因为预测时各频段声辐射因子均取为1，所以预测结果没有体现各频段声辐射效率的差异。

图4　建筑物二次辐射噪声实测值与预测值对比(声压级为相对值)

4　结语

本文基于Kurzweil模型推导了铁路二次辐射噪声预测的计算方法，对一重载铁路沿线建筑物进行了预测，并通过实测数据进行了验证。结果表明，计算结果与实测结果相比，A声级基本一致，各频段的变化规律也基本保持一致，但是由于模型中没有考虑建筑物各频段声辐射效率的差异，所以在个别频带上计算值与实测值存在一定的差异。建议后续研究中深入探讨建筑物各频段声辐射因子的差异，进一步完善该预测模式。

参考文献

［1］邵阿红.低频环境噪声对人影响程度的实验研究［J］.科学技术与工程，2009，9(17):5256-5259.

［2］中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ/T 170—2009城市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪声限值及其测量方法标准［S］.北京:中国建筑工业出版社，2009.

［3］中华人民共和国环境保护部.HJ 453—2008环境影响评价导则——城市轨道交通［S］.北京:中国环境科学出版社，2008.

［4］THOMPSON D.Railway Noise and Vibration:Mechanisms，Modelling and Means of Control［M］.Oxford，UK:Elsevier，2009.

［5］辜小安，谢咏梅，刘扬.地铁列车运行引起建筑物二次辐射噪声执行标准探讨［J］.现代城市轨道交通，2012(4):56-59.

(责任审编李付军)

Prediction of Secondary Radiation Noise onto Building Induced by Heavy Haul Railway and Its Experimental Study

SHAO Lin

(China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Abstract:Since there was no prediction model of the secondary radiation noise caused by heavy haul railway in China，this paper presented the calculation method for secondary radiation noise along heavy haul railway based on the Kurzweil model and predicted the secondary radiation noise of a masonry house along heavy haul railway.Experimental results were very close to A-level secondary radiation noise values calculated by the model，and each frequency band variation was basically identical.Because the model did not consider the acoustic radiation efficiency difference of each frequency band for the building，there was a little difference between the individual calculated value and the test value of the frequency band.

Key words:Heavy haul railway;Secondary radiation noise;Prediction;Experimental study

作者简介:邵琳(1984—)，女，助理研究员，博士研究生。

收稿日期:2015-11-22;修回日期:2015-12-10

文章编号:1003-1995(2016)03-0161-03

中图分类号:TB533+.2

文献标识码:A

DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.03.38